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【DIY】太陽光発電用リチウムイオン電池を作る【組電池】

【DIY】太陽光発電用リチウムイオン電池を作る【組電池】

【状況】

前回の記事(【DIY】電池タブ用のスポット溶接機の制作【組電池】)で作ったスポット溶接機を使って、リチウムイオン電池パックの制作に取りかかりました。
この電池パックは、別に用意する50Wソーラーパネルを使ってWEBマスター宅の階段室兼廊下のLED照明の電源用に制作しています。仕様は、充電時の最大充電時電圧12.6Vなので3直10.8Vで2本並列づつの合計18650型リチウムイオン電池を6個使って制作します。LED照明が12V用なので電圧変換なしでそのまま使える電池ということになります。2本並列になったのは、50Wソーラーパネルが最大2A程度供給しますので並列にしてリチウムイオン電池の推奨充電電流を超えないようにします。

 

【18650型リチウムイオン電池の注意事項】

  • 生電池(保護回路なし)なので組み電池にする場合は保護回路を組み込むことによってショートや過充電、過放電から守る。
  • 高温での使用、保管や湿度が高い場所に設置しない。
  • 満充電状態で長時間放置すると劣化が激しくなるので工夫する。
  • 1C以上での急速充電は避ける。今回の場合は、並列にして対策。
  • 放電深度を低くする。完全放電と完全充電を避ける。組み電池の設計に余裕を見る。
  • 長時間使用しないときは電池容量50%ぐらいになるようにして保管する。
  • 電池に衝撃を与えたりパッケージに損傷を受けないように保護する。
  • 規定の充電電流、電圧を守る。

【制作開始】

今回、用意したリチウムイオン電池18650型は、ちょっと前にセンゴクさんで買って放置していたもの。
2020年はあまりもいろいろな出来事(コロナ騒動やWEBマスターの人生における諸事情)があり、やっと、電池パックを作成に取りかかれるという状況である。計画から1年以上経ってしまった。

幸いときどき電圧を確認していたしサーバーが置いてある年中温度管理(夏はエアコンフル)している部屋においておいたので劣化は少ないだろう。

センゴクさんで売っていたたぶん、中華セル電池である。公称電圧3.6V 9.0WhなのでW=VAより2500mAhのリチウムイオン電池である。

これを2本並列にして、それを3直の6本で組電池(電池パック)を作る。公称電圧10.8V 2500mAhにんり並列なので5000mAhで理論値54Whのバッテリーになる。30WのLED照明を2時間近くは点灯させられる容量で人感センサーで制御されるLED照明なら数日間、雨や曇り空になっても電池が空っぽになることはそうそうなさそうである。

つまり、トイレの方にも配線を追加して停電時などに廊下と階段室とトイレは、独立型太陽光発電の電気で点灯させようという計画なのである。

ということで、取りかかりましょう。まずは、2本づつの4本を仮に固定。

スポット溶接キットと一緒に買った電池タブ用ニッケル板をハサミで切ってサイズを調整してマスキングテープで仮固定。

自作したスポット溶接機でニッケルの電池タブをスポット溶接(抵抗溶接)します。同時に2カ所できます。

1カ所電流が集中して火花が弾けてガッチリスポットに。
基本的には、手で引っ張っても簡単には剥がせない強度でくっついています。無理矢理剥がすと電池側の金属が少し削れて剥がれます。

電池のタブをスポット溶接するのは、ハンダ付けだと内部に熱がかなり伝わりますので電池に悪影響を与えて寿命が縮まったり電池にダメージを与えてしまうようです。たしかに広い金属面をハンダ付けすると周囲もかなり熱くなりますね。

電池タブのスポット溶接の場合は点部分のみに瞬間的に溶着されます。電池内部に熱が伝わるほどにはならずに済みますので電池へのダメージが最小限かつ電池ボックスのように、バネ部分の接点抵抗がありませんので電池を何本も組み合わせて使う場合は電気的にも有利になります。

今の電池の状況図

2本並列を3直に組み合わせてニッケル板をスポット溶接。

電極面に絶縁と電池固定用のPPシートを張ります。

PPシートの上にバッテリーマネージメントシステム(BMS)の基盤を置きます。

この基盤は、リチウム電池をショートや過放電、過充電、セルバランスの監視を行いリチウム電池を保護しますので必須になります。

底面も同じように処理し、中間の電圧用の電極をBMS基盤へ。電池の外装保護用にビニールテープを追加。

電池の各電極を基盤の端子にスポット溶接で固定。見た目がスッキリしますね。

P+とP-が電池の入出力になります。

一応、完成したので外装を装着する前に、テスト充電します。

B6バランスチェンジャーで3直の10.8V設定にして、12.3Vまで充電します。

この電池は、公称電圧3.6Vになります。

充放電のテストOKなので外装を装着していきます。

カプトンテープで絶縁して固定しおきます。
耐熱用のテープなのでビニールテープのように熱で溶けたりはしないテープになります。

ケーブル固定箇所が近すぎて嫌だったので電極間は、UVレジンで絶縁固定しておきました。

落とした場合などに衝撃で接触すると面倒です。

周囲の電極もカプトンテープで絶縁。

熱収縮ビニールに入れて電池パックにします。

周囲を圧着。

ヒートガンで炙りながら、収縮させて密着させます。

ちょっと、ぴったりしていない感じですが完成です。

今回のリチウムイオン電池パックの仕様

本数(2本並列3直) 6本
公称電圧(3直) 10.8V
容量 5000mAh
充電電圧 12.3V-12.6V

作った電池パックは別記事で作成するソーラー充電式LED間接照明の電源になります。

【完成】

スポット溶接機の製作記事→【DIY】電池タブ用のスポット溶接機の制作【組電池】


【DIY】電池タブ用のスポット溶接機の制作【組電池】

【DIY】電池タブ用のスポット溶接機の制作【組電池】

【状況】

今回は、何年も前に買った【コンデンサ式スポット溶接機】を組み立てて別売りのケースに実装してみました。

なぜ、このスポット溶接機キットを買ってずっと放置していたのかと言えば、電動インパクトレンチのバッテリーパックの中の電池を自分で組み替えようと思っていたからですが、電動インパクトレンチを早急に使わなければいけない案件があったので交換バッテリーを買ってしまったのでこのキットはとりあえず、不要となりしばらく休眠することに。

まだ、当時はリチウムイオン電池が現在(2020-10)のように普及する前でしたのでニカドバッテリーでしたのでへたりが早かったのです。

そして、数年たち、新たな任務の為に眠りから覚めてもらう事に。

新たな任務とは、【リチウムイオン電池の組電池】の製作です。つまり、自分の使いたい用途にあったバッテリーパックを作るためのタブのスポット溶接をする為です。

組み電池の製作は別記事で紹介しますので今回はコンデンサ式スポット溶接機を作っていきます。

【製作開始】

スポット溶接機のキットは、数年前にエコミュさんで購入した物です。
現在(2020.10)では、販売していないようです。

内容は、ケースはなしですが、それ以外は、50V耐圧15000μFのコンデンサや電子制御スイッチの為のFETが14個(予備2個)や配線、電球、フットスイッチなどが入っています。マニュアルもあります。

このキットの回路要旨は、下記の図の通りです。
※とても簡略した図なのであくまでイメージです。

 

 

 

コンデンサCにDC24V電源から電荷をチャージしてニッケル板などに当てた電極棒にスイッチONで大電流を一瞬流すとニッケル板と電池の表面金属との間の抵抗の発熱でニッケル板がスポット的(点状)に溶着されます。電極棒は銅なので抵抗が小さいのでニッケル板にはほぼ溶着せずニッケル板側がくっつきます。実際には、電子スイッチは大電流なのでMOSFETを実回路では12個並列に使い逆起電力対策、逆流防止ダイオード数点とFETのG端子への分圧用の抵抗や突入電流防止用の電球などは入る回路です。

【組み立て開始】

ということで、組み立てて行きましょう。

このキットは、初期型なのでこの後にでたバージョンではもっと良い基盤になっているようです。

まずは、大電流が流れる部分の銅箔パターンに補強に太めの銅線をハンダ付けします。

銅線と銅パターンに熱をどんどん吸われますので40Wハンダごてを使います。

指示通りに逆流防止ダイオードや逆起電力解放用のダイオードを取り付けます。

抵抗やらコンデンサやらFETを取り付けます。

酸化と銅パターンの熱吸収の良さでハンダが乗りにくい感じでした。

基盤が出来たのであとは、ケースに組み込みながらスイッチやらの配線です。

アルミケースです。

でかい電解コンデンサを取り付ける台座を作ります。

コンデンサを仮組みして基盤の位置を確認します。

  • コンデンサ固定用に下部に転がり防止用のパイプをUVレジンで固定。
  • 基盤固定用金具取り付け
  • 電源部のプラグメス取り付け
  • フットスイッチ用の配線
  • 電極ラインの配線

と穴開けたり忙しくなってきました。

基盤はこのように3ミリネジで固定します。

電源LEDを作ります。電流制限抵抗をLEDに直接ハンダ付けして絶縁用のチューブを通します。

電源が24Vなので、約20mA流として約1KΩの抵抗を入れておきます。

LEDは手持ちで一山いくらで買ったもの。テスターで測った順方向電圧は約1.73Vぐらいでした。

電源に並列に配線して電源ONで点灯確認。

このキットは、電解コンデンサを充電中にランプが点灯するので確認用の窓を作ります。穴を開けてからUVレジンを流し込んで固めておきます。

コンデンサ以外の配線完了。電球は窓の隣辺りに設置しました。突入電流を防ぐ役割があります。

スポット溶接機(制作中)正面です。

フットスイッチのケーブルをプラグ仕様にする為に加工します。

ワイヤーストリッパーがとても役立ちます。

細い線用のストリッパーがあると作業がとても捗ります。

黒線は使わないのでカットして赤と白のケーブルを向きます。

ねじってからハンダ付けして熱圧着チューブで絶縁。

さらに、黄色の太めの熱圧着チューブで補強します。

抜け止めになっているタイプ。コネクタにしておくとしまうときは脱着出来ます。

内部の様子です。あとは、デカイ電解コンデンサを取り付けます。

端子は、8ミリボルトで固定するごっつい奴です。

組み込みますがコンデンサに合わせてケースを選んだのでギリギリ。

中身はほぼ、電解コンデンサで圧倒されています。

これで、とりあえずは動作確認です。

廃電池でとりあえず、テスト溶接。

充電ランプが消えたら

 

フットスイッチを踏んで、ちぇすとおおおおおお!あれ。何も起こらない、、変だぞ、、

それなりに、各部をチェックしながら組み立てなのですがどこかにエラーがあるようです。

ただちに動作不良の原因を究明します。

原因が、判明しました。

原因は、ピンク丸の箇所のハンダがハミ出ていて、MOSFETのG(ゲート)がグランドにショートしていたのでFETがONにならない事態になっていました。

FETをONにするためにフットスイッチをONにしても何もおきないワケです。

修正して修理完了。

スポット溶接機テスト開始

それでは、気を取り直してテスト溶接をしましょう。

今度は、バチっと出来ました。ついたどおおおお

1回で2カ所できるので4カ所をスポット溶接。かなり強固についていて簡単には剥がれません。さらに、強力にするには中央に切れ込み入れると良いかも。

テスト溶接が成功したので、最終組立します。

基盤面に絶縁用のPPシートを挟みます。電解コンデンサの端子部分にもPPシートを入れます。

上部から。コンデンサの上面には、ゴムクッションを入れてケースと密着固定しておきました。

24VのAC-DCアダプター端子。40V程度まで電圧を上げるとさらにパワーアップできますので
厚板用の高電圧タイプのアダプターも用意しておくとタブ選定の幅が広がりそうです。

フットスイッチです。コンデンサに電荷チャージ後、これを踏むと溶接されます。

電極です。銅棒にビニールホースを填めた物。

コンデンサ式スポット溶接機完成

これで、次は組み電池(バッテリーパック)の制作の行程に進めます。
一旦、WEBマスターは何を作ろうとしているのでしょう。

続編できました。
【DIY】太陽光発電用リチウムイオン電池を作る【組電池】


【2st原付】JOG-Zにドラレコを付けよう【煽り運転厳罰化】

【2st原付】JOG-Zにドラレコを付けよう【煽り運転厳罰化】

※一番写りが良かった後ろのドラレコカメラの様子

【状況】2020年の7月頃

ついにあおり運転厳罰化となる「妨害運転罪」が令和2年の2020年6月30日から創設されることになりましたね。あー車にはもう何年も前から、主に交通事故に備えて装着しておりますが、今回は、WEBマスターの普段の足用のバイクの50cc原付スクーターにドラレコを付けたというきろくになります。

そうですね、WEBマスターもJOGで危険な煽り運転をされたことが数回は確実にあって通報すればそれなりに検挙されたんじゃない事案が過去にありましたが、ドラレコ装備していなかったので実質的に、証拠がなく証明できないので事故が起きたなど重大な局面がない場合は、証言だけでは難しいという実感があります。

一番危険を感じたのは、2車線ずつの道路左端ででオバさんが運転する車がWEBマスター車のJOG後方を走っておりました時に、前方の信号が赤になりつつもなぜか、オバさん、抜きにかかってきましたが、おおおまじいいって感じのミラー擦りながらの接触行為をしながらの追い越しをかけてきました。ミラーがこすれたので、厳密には「接触事故」ですが。
この時、あまりに危険を感じたのでこのオバさんのフロントガラスをバンバン叩くと減速して後ろに下がりました。この時、通報しても良かったのですが、実質的に被害がないのでこのオバさんの違反を通報する形になるのですが、ドラレコが当時なかったのでどんな危険運転されたのかを証明することができず、お巡りさんも大した問題にしなかったでしょう。

走行中の車がバイクに幅寄せしてミラーを擦り付ける行為ですから非常に危険極まりないんで取り締まりして欲しかったのですが、実質的に泣き寝入りする事になりました。

もう1件、同じくらい危険な思いをさせられたこともあります。

ドラレコ映像があれば、今後は、このような危険運転は「妨害運転罪」となり処罰されることになります。という思いが当時からWEBマスターの心の中にはありましたのでバイク用のドラレコを探していたのですが、今回は、オススメできるようなバイク用のドラレコを装着しましたので、取り付けの様子からご紹介していきたいと思います。

【取り付けレイアウトを考える】

■本体の設置場所(JOG-Z↑)

JOG-Zは、所謂、一つの50ccスクーターですから小さくてコンパクトなバイクです。
単車とは違いフルカウルになっておりフレームがカウルに包まれて一見スタイリッシュな印象になってますしカメラ用の固定箇所も少なく、ドラレコ用の本体、カメラ2台、配線を隠蔽配線でキリっと取り付けるには気合いと工夫が必要になります。

とりあえず、SDカードなどが入る本体はメットインには収納しない。事にしました。
また、メットインの構造の周囲もバッテリーが元からあるしギリギリなので設置困難です。

エンジン周りも熱と振動とプラグノイズなどでロクな事にならないことは容易にわかるので避けてフロントカウルのホーン収納されている辺りの隙間に収納することを考えました。
ただし、バッテリー直ケーブルを増設して引く必要はありますが、メインキーのハーネスの近くなので配線の取り回しは楽な場所です。唯一の懸念は、事故が起きたときに壊れやすい場所なのでその時にSDカードが守れるかは不安ですね。しかし他の場所でもバイク毎粉砕されれば同じかと思至りました。そのようなひどい事故に巻き込まれないように気をつけましょう。

【取り付けるバイク用ドラレコの紹介】

今回、JOGーZに取り付けたドラレコは、2020年に発売されたミツバサンコーワのバイク用ドラレコです。他にもGPS付きカメラ前後で2台や1台のバリエーションがありますが、JOGーZには前後2台のEDR-21を採用しました。

GPSはついていないので、時間合わせはスマホアプリで同期させます。
所詮、近距離街乗り用のJOGーZなので映っている映像で場所は特定できますから
十分です。

【カメラ】

前後同じものが2セット入っています。
SONYのCMOSセンサー200万画素のカメラです。
防水防塵、耐振動仕様です。

【メモリーカード】

東芝のドラレコ用の16GBカードが入っています。
動作確認、街乗り用には必要十分ですね。

【ドラレコ本体部】

各種ケーブル、メモリ挿入部、リセットスイッチ、マイク穴などドラレコの
記録用基板やシステムが治められています。防水防塵耐振動仕様です。

電源は、バッテリー直に引くDC12V系統とメインキーをONにしたときに電源が入るようにする配線を接続します。
50ccスクーターのバッテリーは小さいですが取り付け後の動作は好調でしたのでOK。

では、取り付け作業にとりかかりましょう。
まずは、下準備から。

■カメラ固定用のステーを自作します

JOG-Z用の固定金具などは市販されていないのでこんな金具をアルミ板から
制作します。

ホームセンター等で売っている1.5mm圧のアルミからアルミ片を切り出します。

(ここにペタっと貼り付ける)

左右2回曲げて角を落として面取りしてこんな感じにしました。
アルミでステーを作ったのは接着面積を増やして安定させたかった。
のとバイクのメンテの際に脱着しやすいようにしたかったからです。

4ミリネジ用のブラインドナットでカメラをネジ止めできるようにします。

ブラインドナッター(簡易版)のような製品があります。

アルミブラインドナットをこんな感じに固定することに。(圧着前)
ブラインドナットを圧着すると、薄板にもネジ止めできるようになります。

【後部カメラのステー】

後部のカメラは、ハイマウントストップランプの固定ネジの部分に一緒に固定するように
金具を作成しました。
詳しい写真がありませんが、上が試作中の写真です。

アルミチックな色から、黒く塗装します。シリコンオフで脱脂。

カラーアルミスプレーで塗装。

アルミにカラーが乗るスプレーです。

夏場なのですぐ乾燥しますね。数回、重ね塗りしていきます。

表面は、防食用にフッ素樹脂クリアースプレーで保護します。
F型耐候性フッ素樹脂スプレーを使いました。

完成です。ハンドル部の金具は、カメラとセットなっていた3Mの両面テープを利用しました。

【バッ直線を作る】

ドラレコの電源を引くために古いメインハーネスとは別にバッテリーから電気をフロントのカウル内に直接引っ張る為の配線を作ります。

■バッテリーの近くの配線から分岐

ーWEBマスターのバイクは、トリクル充電用のバッテリー直ケーブルをメットイン内に既に引き込んでいました。その根元に分岐ケーブルをつなげて2本目のバッテリー直ケーブルを作ります。

かなり昔に作った分岐部分。

配線を切断してプラスとマイナスに分けます。太めの2スケぐらいあるケーブルなので圧着することにしました。

電気工事用の圧着ペンチとスリーブ小で圧着してみます。

圧着しました。

圧着部分に絶縁用のキャップを嵌めておきます。

保護用のコルゲートチューブにケーブルを通します。

念の為、バッテリーをつないで先端まで電気が来ているか確認。OKなので配線していきます。

コルゲートチューブを配線します。

メインハーネスに沿って配線。

カメラケーブル用の配線はこんな感じ。防水コネクタになっているのでネジで固定。

ゴムのカバーを嵌めます。

ドライブレコーダーの本体用の配線はネジ止め用の端子になってるので切り落としてコネクターに替えます。

コネクターにしました。
新しくコネクタ用の圧着ペンチを買いましたがコレGOODです。
セットに入ってる電工ペンチはちゃちすぎて精度が悪すぎましたがコレはほんとに精度もよくしっかり圧着できました。

次は、メインスイッチのカバーをはずして、キーONで+12Vが出てくる配線を探します。

茶線と思われる線ですが、これがキーONで+12Vが出るラインです。

カットして分岐ラインを作ります。

熱収縮チューブを通してから、スプライス端子で分岐線を圧着。

ちょっとブレましたがハンダも盛っておきます。

圧着して、キーONで+12Vライン分岐完成。

バッ直ラインも近い将来、ホーンの交換などできるように同じように2分岐しておきます。

フロントのカメラ取り付け箇所の脱脂。

両面テープで固定します。

フロントカウルの中は、雨風が入り放題な場所なので防水加工してありますが汚れ防止のため
スマホ用の防水袋に本体を収納します。

あとは、フロントカウル内に収納固定していきます。

横から見るとこうなります。衝撃吸収用にスポンジクッションで本体を固定。
バンドでケーブルをまとめておきます。

動作チェックOKなのでカウルをもどして行きます。
カウル全はがしと配線加工を丁寧にやっていくとかなり手間と時間がかかりましたネ。

【原付バイクにドラレコ取り付け完了】

ドラレコサンプル動画、スマホで動画チェック、アプリ画面などのドラレコの詳細は別記事にて。



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